[發明專利]自動駕駛貨運列車路況自適應引力模型及平滑切換方法

在審

• 申請號: 202010515468.X
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111619618A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 易靈芝;廖歡;王藝皓
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B61L23/14
• 分類號: B61L23/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種自動駕駛貨運列車路況自適應引力模型及平滑切換方法。針對貨運列車運動模型參數的時變性，建立列車基于路況自適應引力計算模型，并研究得到平滑切換方法，基于MFAC設計控制器，僅利用ATO系統的輸入輸出數據，實現對列車ATO目標速度曲線的在線快速精確追蹤。實現了貨運列車在行駛過程中實時監測外部條件調整運行狀態，保證能夠自行適應所需要的運行速度。并在運行過程中根據當前列車速度限制因素維護一條安全防護曲線運行過程中，對列車運行速度進行實時跟蹤，當確認列車當前運行速度出現超速趨勢時，則實時調整制動。

技術領域

本發明專利涉及到列車自動駕駛技術，特別是貨運列車的速度預見控制。

背景技術

其根據列車運行計劃、運行速度、當前線路限速和列車狀態等信息自動生成目標速度曲線，列車根據目標速度曲線實時計算所需的牽引或制動力的大小，通過列車接口電路，完成列車的加速或減速作業。貨運行的關鍵環節。目前貨運列車ATO系統研究主要集中在列車ATO運動模型建模和相應追蹤控制器設計兩方面。

由于實際貨列車一般處于長時間、重負荷運行狀態，使得列車的運動特性存在一定的不確定性，因為實際行駛路況即受到外部因素的影響，又需要考慮到劣勢自身的實時運行狀況，列車運動模型具有時滯性、非線性、模型參數不確定等特點，使得以上控制方法的參數調整較為復雜，且很難長期保持優良的控制效果。通常，安全性和速度跟蹤可以通過控制速度跟蹤給定速度軌線來達到，而停車精度通過控制位移跟蹤給定位移軌線來獲得。因此，高精度的位置和速度跟蹤對高速列車的安全可靠運行至關重要。

針對貨運列車運動模型參數的時變性，建立列車基于路況自適應引力計算模型，并研究得到平滑切換方法，基于MFAC設計控制器，僅利用ATO系統的輸入輸出數據，實現對列車ATO目標速度曲線的在線快速精確追蹤。實現了貨運列車在行駛過程中實時監測外部條件調整運行狀態，保證能夠自行適應所需要的運行速度。

發明內容

本發明針對上面存在的問題，為了簡化復雜的控制方法，降低成本、難度，提出了一種自動駕駛貨運列車路況自適應引力模型及平滑切換方法。

本發明解決上述技術問題的方案是：

針對貨運列車ATO系統為非線性時變滯后復雜系統，具有建模難和魯棒性要求高等特點，本發明將無模型自適應控制方法引入ATO目標速度曲線追蹤控制器的設計問題中。通過與PID控制方法對比，基于MFAC(Modelfree adaptive control)的ATO目標速度曲線追蹤控制算法，具有追蹤效果好、速度誤差小、停車精度高、安全性能高、能耗少等特點。我們利用列車調度優化環節生成的實時速度及位移數據對算法進行了模擬實驗,理論分析和仿真結果均驗證了所提出的方法能有效克服列車所受阻力的影響實現高精度的位置和速度跟蹤控制。得到一種有效的的自適應引力計算模型，同時研究得到平滑切換方法，實現速度的自適應引力調節。

本發明的技術效果在于：利用定義的速度變換公式，保證了整個切換過程的勻加速狀態，實現了速度的平滑切換。

附圖說明

圖1為貨運列車速度自適應模型

圖2為MFAC算法流程圖

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。

列車運行主要由牽引、惰行、制動3個階段組成。在列車牽引階段，F代表列車所受的和列車運行方向相同的牽引力。在制動階段F代表與列車運行方向相反的制動。列車阻力主要由基本阻力和附加阻力組成。基本阻力存在于列車的任何運行狀況下；附加阻力則只在某些特定情況下存在。